Bună ziua, pentru scalarea extremă a viitorului, Ethereum trece printr-o operațiune de bază fără precedent.
Știm că Ethereum este ca un supercomputer global partajat, care are nevoie de un „registru” extrem de mare și eficient pentru a înregistra soldurile și datele contractelor inteligente ale tuturor. În prezent, acest registru utilizează o structură de date numită MPT (Arborele Merkle-Patricia).
Cu toate acestea, pe măsură ce Ethereum se îndreaptă spre „client fără stare” și spre o scalare extremă, MPT devine din ce în ce mai voluminos și incapabil. Pentru aceasta, dezvoltatorii de bază ai Ethereum au propus o alternativă radicală: Trie binar (arbore binar, cod de cod EIP-7864).
Așadar, acest „nou registru” pe care ne punem speranțele, poate performa în realitate pe servere fizice? Este pregătit să preia rețeaua principală Ethereum, evaluată la mii de miliarde de dolari?
Recent, comunitatea geek a efectuat un test de performanță extremă pe hardware de servere de vârf folosind cele două generații de structuri de date de bază.
Astăzi, vă vom descompune în detaliu realitatea acestui duel de vârf.
I. Scurtă privire asupra situației de bază: noul rege nu a fost încă încoronat, performanța încă suferă dureri de creștere.
Să spunem direct concluzia: în versiunea actuală de test, noul „Trie binar (arbore binar)” a fost complet zdrobit în viteză de MPT existent.
Citirea datelor: Arborele binar este de aproximativ 1,7 ori mai lent decât MPT.
Scrierea datelor: Arborele binar este de aproximativ 2,5 ori mai lent decât MPT.
💡 【Clarificare specială】 Nu te lăsa păcălit de datele superficiale: în testele timpurii, unii au strigat că noul arbore este de 9,6 ori mai lent decât arborele vechi. Dar asta a fost o iluzie cauzată de diferitele „reguli de tarifare (algoritm de consum de gaz)” ale celor două. După unificarea liniei de start și după ce geek-ii au aplicat 4 corecții extreme în ultima săptămână, diferența reală de performanță a fost redusă la „un interval de durere controlabil (1,7 ~ 2,5 ori)”.
II. Săpând adânc: De ce este lent arborele binar?
Dacă arborele binar este direcția de evoluție pentru viitor, de ce viteza sa actuală este inferioară tehnologiei vechi? Acest lucru trebuie explicat prin diferențele arhitecturale de bază ale celor două.
💡 【Explicație simplă】 Diferența dintre MPT și arborele binar:A găsi datele este ca „a căuta în dicționar”.MPT (registru actual): Folosește o structură de „arbore cu ramuri multiple”. Este ca un dicționar modern care are un index complet de pinyin; pentru a găsi „soldul lui Zhang San”, trebuie să răsfoieștide 5 până la 6 ori (noduri), pentru a localiza cu precizie pagina și numărul rândului.
Arborele binar (registru viitor): Folosește o structură extrem de riguroasă dar rigidă de „alb și negru”. Aduce toate conturile și datele într-un imens spațiu bidimensional. Pentru a găsi „soldul lui Zhang San”, trebuie să urmezi trunchiul, făcând peste 50 de judecăți de „mergi la stânga sau la dreapta”, traversând forțat aproximativ 52 de noduri pentru a găsi.
Profunditatea „căii” care este fatală pentru arborele binar este motivul pentru care citirea este cu 1,7 ori mai lentă; cauza principală este această creștere bruscă a „căii de căutare (de la 5 la 52)”.
La nivelul de bază al computerului, fiecare căutare a unui nod necesită o accesare a bazei de date pe hard disk (arborele LSM al Pebble). Deși dezvoltatorii au optimizat totul, cele 52 de runde de întoarcere pe hard disk au crescut semnificativ timpul de citire al sistemului (State_read_ms).
Un fenomen extrem de interesant a fost descoperit în testul „efectului cozi reci (Cold Tail Effect)”: pe măsură ce numărul de tranzacții dintr-un bloc crește, viteza de căutare a datelor în arborele binar va suferi o „cădere abruptă” (costul căutării unice a crescut de 7,5 ori).
De ce? Pentru că atunci când un bloc mare începe să fie procesat, sistemul va stoca în memorie cache (prefetcher) acele „noduri de vârf de ramură” care sunt frecvent accesate. Dar pe măsură ce tranzacțiile devin din ce în ce mai adânci, sistemul trebuie să caute constant în acele „ramuri reci (căi foarte adânci)” care nu au fost niciodată accesate, iar fiecare căutare necesită o nouă solicitare către hard disk-ul lent.
III. Durerea scrierii: performanța afectată de „calculul hash”
În blockchain, pe lângă citirea datelor, mai important este să actualizăm datele după transfer (scriere). Testele arată că timpul de scriere al arborelui binar (timp pe slot) este de 2,5 ori mai lung decât MPT.
💡 【Explicație simplă】 Calculul hash de stare (State_hash_ms): mecanismul de protecție împotriva modificărilor al blockchain-ului necesită: dacă registrul este modificat chiar și cu 1 leu, întreaga „verificare de autenticitate (hash)” a directorului registrului trebuie recalculată.
În proiectarea arborelui binar (profundimea grupului GD-5), modificarea unei date de bază va declanșa până la 260 de recalculări ale codului de verificare local (SHA-256). Spre comparație, vechiul MPT necesită doar 10 până la 15 actualizări.
Dar nu credeți că CPU-ul nu este suficient de puternic! Testele arată că timpul real utilizat pentru calculele criptografice reprezintă doar 2% până la 5%, restul de peste 95% din timp fiind consumat în mocirla de I/O (input-output) „urcând înapoi prin cele peste 50 de noduri, citind nodurile de pe hard disk pentru actualizare”.
IV. Întrebări esențiale: Este arborele binar pregătit să intre pe rețeaua principală?
Concluzia este foarte clară: în prezent, nu suntem pregătiți.
Rețeaua principală Ethereum are o cerință strictă: un nou bloc trebuie generat la fiecare 12 secunde. În condiții extreme de testare, arborele binar actual necesită aproape 10,9 secunde pentru a procesa un bloc standard, consumând 91% din cele 12 secunde disponibile. Aceasta înseamnă că aproape nu a lăsat timp pentru rețea să difuzeze, să genereze dovezi și alte operațiuni redundante. Dacă acum s-ar forța intrarea pe rețeaua principală, ar putea duce la o colapsare extinsă a Ethereum.
Așadar, există vreo salvare pentru această schimbare de bază?
Răspunsul este plin de speranță. O diferență de până la 1,7 ori până la 2,5 ori pare înfricoșătoare, dar având în vedere complexitatea arhitecturală de aproape 10 ori mai mare a arborelui binar, această pierdere de performanță a fost, de fapt, optimizată extrem de bine.
În plus, geek-ii au trei mari „arme finale” care nu au fost încă dezvăluite:
Stratul de instantanee (Snapshot) reduce dimensiunile: acesta este, de fapt, comprimarea structurii arborești într-un registru plan pentru citire rapidă. Dacă stratul de instantanee poate fi implementat cu succes pe arborele binar, dezavantajul de 1,7 ori al citirii ar putea fi anulat instantaneu.
Reconstructia motorului de baze de date de bază: baza de date Pebble folosită în prezent pentru teste poate să nu fie potrivită pentru modelul de citire „adânc și lung” al arborelui binar; în viitor, înlocuirea cu un motor de citire pe bază de prefix dedicat ar putea îmbunătăți semnificativ performanța.
Executare paralelă (Parallel EVM): acesta este asul din mânecă al Ethereum, utilizând procesare concurentă pe mai multe fire pentru a masca complet întârzierile de citire de bază.
Concluzie: această confruntare între MPT și arborele binar este, de fapt, o luptă brutală între „eficiența actuală” și „extensibilitatea viitoare”.
Deși noul arbore binar este în continuare în dezavantaj în ceea ce privește viteza de citire și scriere, este calea inevitabilă pentru a realiza un client Ethereum fără stare și pentru a reduce pragul de operare al nodurilor de stocare. Durerea este inevitabilă, dar aceasta este ceea ce fiecare tehnologie de bază măreață trebuie să experimenteze înainte de a se transforma.
În lunile următoare, vom continua să urmărim cum comunitatea geek își va maximiza limitele fizice de 12 secunde, așteptați cu nerăbdare.
⚠️ 【Declinare de responsabilitate】 Conținutul acestui articol este doar o descompunere a modelului de afaceri și o împărtășire a cunoștințelor tehnice; datele provin din rețea. Nu constituie sfaturi de investiție sau de operare și nu ne asumăm răspunderea pentru autenticitatea datelor. Vă rugăm să faceți cercetări independente și să luați decizii prudente.
🌹 Dacă v-a plăcut această analiză profundă, vă rugăm să dați like, să urmăriți, să comentați și să redistribuiți! Sprijinul dumneavoastră este cea mai mare motivație pentru noi să continuăm să producem.
